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[摘 要]本文阐述了渗透汽化膜分离技术的基本原理、特点及影响分离效果的因素，并对渗透汽化膜分离技术的进展及其在石油化工上的应用进行了介绍。
[关键词]石油化工 渗透汽化 膜分离技术
中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0268-01
1 引 言
渗透汽化是一种新型的膜分离技术，能把液体混合物进行分离，突出优点是能以低的能耗而实现吸收、萃取以及蒸馏等传统的方法难以完成的分离任务。特别使用于蒸馏法比较难分离或者是不能分离的恒沸点以及近沸点的混合物以及同分异构体的分离，对有机溶剂和混合溶剂中微量水的去除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势。同时还可使化学反应和生物反应的耦合，将反应中生成物不断地进行脱除，提高了反应的转化率。因此，渗透汽化技术在石油、化工等工业领域当中具有非常广阔的应用前景以及市场。渗透汽化目前是一项处于发展和待开发的技术，国际学术界的专家们称其为21世纪最有前途的高技术之一。
2 渗透汽化基本原理
渗透汽化是利用膜对液体混合物中各组分的溶解扩散性能的不同，实现组分分离的一种膜过程。而在渗透汽化的过程当中，料液侧通过加热而提高待分离的组分分压，膜下游侧通常和真空泵进行相连，维持了很低的组分分压，在膜的两侧组分的分压差推动之下，各个组分选择性地通过了膜表面进行了扩散，在膜下游侧汽化，最后通过冷凝的方法排出去，有机溶剂的脱水渗透汽化分离原理如图1所示。
3 无机膜与有机膜的渗透汽化膜
3.1 无机膜
该膜具有良好的耐氧化性、耐酸碱、机械稳定性、化学稳定性、热稳定性等一些优点。这些优点使无机膜发展受到了科技界的重视，也具有广阔的应用前景。无机膜按照材料可以分为玻璃膜、分子筛膜、高分子金属配合物膜、合金膜和陶瓷膜等。
多孔的无机膜制备的方法主要有：水热合成法、分相法、薄膜沉积法、阳极氧化法、溶胶-凝胶法、固态粒子烧结法等。已经商品化的多孔膜主要是微滤以及超滤膜，而制备的方法以溶胶-凝胶法及粒子烧结法为主的。溶胶-凝胶技术可以制备超滤范围的小孔径膜，现在采用这种技术制备的已经商品化超滤膜有氧化锆膜、氧化硅膜、氧化钛膜以及氧化铝膜。近几年以来，有关溶胶-凝胶技术的研究大部分集中在制备孔径小于2 纳米的气体分离膜以及纳滤膜。
3.2 有机膜
渗透汽化的重要作用的元件就是渗透汽化膜，而膜的性能对渗透的汽化过程有着决定性的影响。有机物的分离膜可以适用的分离体系很多而且性质的差异也非常大，而膜材料的选择也没有普遍的规律，所以必须针对分离的体系化学物理性质进行设计及选择，主要有同分异构体分离膜、醇-醚分离膜以及芳烃-烷烃分离膜。虽然亲有机物膜在渗透汽化膜分离的过程当中具有很高潜在的应用价值，而且世界的范围以内对该膜已经有着广泛的研究，但是现在可以实现工业化的应用非常少。亲水膜又可以称优先透水膜，活性分离层是由含有一定的亲水性基团高分子的材料制作而成的，其具有一定的亲水性。现在已经有一些学者开始研究亲水性膜在甲肼、不对称二甲肼以及火箭燃料肼脱水的过程当中应用。亲有机物膜又可以称为优先透有机物膜，通常由溶解度参数小、低表面能以及低极性的聚合物（如聚苯醚、纤维素衍生物、含氟聚合物、有机硅聚合物、聚丙烯以及聚乙烯等材料）制成。
4 渗透汽化在石油化工中的应用
4.1 有机混合物的分离
石油化工当中有着大量的有机混合物需要进行分离，而且还有相当一部分的有机混合物是同分异构物、近沸点以及恒沸物，用普通的精馏方法很难分离或者是不能分离。萃取精馏或者是恒沸蒸馏需要加入一些第三组分，这样不但可以使分离的过程变得复杂化，设备的投资也会大大地增加，操作费用以及能耗也会上升，也不能避免第三组分的损失以及对产品的污染。用克拉伯龙方程法具有无污染、投资及操作费用省、能耗低、过程简单等优点。所以，有机混合物分离是克拉伯龙方程技术中节能潜力最大的应用，其代表性的烷烃与烯烃、芳烃与烷烃、醇与醚的分离。如果这些应用取得了突破性的进展，而且成功地运用于工业的生产，那么，许多的高能耗工艺就会被这个技术所取代或者是部分取代，在化学工业当中将产生举足轻重的影响。
4.2 废水的处理以及溶剂的回收
从废水当中除去少量的有机物，目的是解决环境的污染问题，可以处理掉污染物当中的醋酸乙酯、甲乙酮、丙酮、三氯乙烷、氯仿、酚、甲苯、苯等。使用有机膜可使少量有机物透过，可使水当中的有机物含量符合排放的標准，整个的过程能耗非常低，对于回收的有机水溶液当中含有的1%～5%的有机溶剂，其传统的方法就是萃取或者精馏，利用的传统的方法和渗透汽化的方法结合进行回收溶剂，总操作的费用是单纯精馏的1/2～2/3，整个的生产装置总投资比传统分离的方法节省了20%～60%。
4.3 混合溶剂以及有机溶剂的脱水
渗透汽化可以广泛用于胺类、酯类、醚类、酮类、醇类等有机水溶液的脱水，为这种有机溶剂的生产提供了新的经济有效的方法，特别适用于含少量水的氯、苯烃类化合物。这样的技术在有机水的溶液脱水的方面潜在市场非常大，值得一提的就是苯当中微量水的脱除，石油化工公司在生产聚苯乙烯以及苯酚的时候需将苯当中微量水脱除，苯酚以及聚苯乙烯的生产工艺为：
苯+乙烯→乙苯→苯乙烯→聚苯乙烯
苯+乙烯→异丙苯→过氧化氢异丙苯→苯酚+丙酮
在上述的两个反应当中，应该需要无水的AlCl3做催化剂，如果系统当中有水的存在，那么就会降低催化剂的活性，并且就会降低反应的转化率，进而加大催化剂的用量。与此同时，水和AlCl3的反应生成盐酸，也会引起设备的腐蚀。所以，一定要对原料苯进行脱水的处理，使之含有的水量低于0.005%（质量分数），现在的工艺采用的恒沸精馏，用苯作为恒沸剂，从精馏的塔顶部蒸出苯水共沸混合物，进而达到了脱水目的，因为苯当中的水含量非常低，塔顶的切割分量也非常少，回流也就比较大，也就接近了全回流，所以能耗比较大，而且苯当中水的含量常常高于0.005%（质量分数），在压力800帕，温度70摄氏度的渗透汽化工况之下，采用改性聚乙烯醇复合膜，就可以将苯当中的水量从质量分数为0.06%降到0.003%以下。
5 结束语
综上所述，渗透汽化膜分离的技术作为一种新型的膜分离技术，能耗低，对用一般的分离技术较难进行分离的恒沸点、近沸点的混合物等有较好的分离效果，所以应用非常广泛。国内的浙江大学以及清华大学等对渗透汽化膜分离技术的研究比较多并且取得了不少的成果。总而言之，渗透汽化膜分离技术就是一种高效的分离技术，通过与其它的分离技术集成以及本身的工艺改进，其应用的前景将会更加地广阔。
参考文献
[1] 杨凯，陈建林，李启良等. 渗透汽化膜分离技术在环保中的应用[J]. 环境科技与技术，2011，27（05）：25～27.
[2] 陈欢林，周志军，刘荣娥. 连续渗透汽化工程工艺设计与优化[J]. 化学工程，2011，26（5）：18～20.
[关键词]石油化工 渗透汽化 膜分离技术
中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0268-01
1 引 言
渗透汽化是一种新型的膜分离技术，能把液体混合物进行分离，突出优点是能以低的能耗而实现吸收、萃取以及蒸馏等传统的方法难以完成的分离任务。特别使用于蒸馏法比较难分离或者是不能分离的恒沸点以及近沸点的混合物以及同分异构体的分离，对有机溶剂和混合溶剂中微量水的去除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势。同时还可使化学反应和生物反应的耦合，将反应中生成物不断地进行脱除，提高了反应的转化率。因此，渗透汽化技术在石油、化工等工业领域当中具有非常广阔的应用前景以及市场。渗透汽化目前是一项处于发展和待开发的技术，国际学术界的专家们称其为21世纪最有前途的高技术之一。
2 渗透汽化基本原理
渗透汽化是利用膜对液体混合物中各组分的溶解扩散性能的不同，实现组分分离的一种膜过程。而在渗透汽化的过程当中，料液侧通过加热而提高待分离的组分分压，膜下游侧通常和真空泵进行相连，维持了很低的组分分压，在膜的两侧组分的分压差推动之下，各个组分选择性地通过了膜表面进行了扩散，在膜下游侧汽化，最后通过冷凝的方法排出去，有机溶剂的脱水渗透汽化分离原理如图1所示。
3 无机膜与有机膜的渗透汽化膜
3.1 无机膜
该膜具有良好的耐氧化性、耐酸碱、机械稳定性、化学稳定性、热稳定性等一些优点。这些优点使无机膜发展受到了科技界的重视，也具有广阔的应用前景。无机膜按照材料可以分为玻璃膜、分子筛膜、高分子金属配合物膜、合金膜和陶瓷膜等。
多孔的无机膜制备的方法主要有：水热合成法、分相法、薄膜沉积法、阳极氧化法、溶胶-凝胶法、固态粒子烧结法等。已经商品化的多孔膜主要是微滤以及超滤膜，而制备的方法以溶胶-凝胶法及粒子烧结法为主的。溶胶-凝胶技术可以制备超滤范围的小孔径膜，现在采用这种技术制备的已经商品化超滤膜有氧化锆膜、氧化硅膜、氧化钛膜以及氧化铝膜。近几年以来，有关溶胶-凝胶技术的研究大部分集中在制备孔径小于2 纳米的气体分离膜以及纳滤膜。
3.2 有机膜
渗透汽化的重要作用的元件就是渗透汽化膜，而膜的性能对渗透的汽化过程有着决定性的影响。有机物的分离膜可以适用的分离体系很多而且性质的差异也非常大，而膜材料的选择也没有普遍的规律，所以必须针对分离的体系化学物理性质进行设计及选择，主要有同分异构体分离膜、醇-醚分离膜以及芳烃-烷烃分离膜。虽然亲有机物膜在渗透汽化膜分离的过程当中具有很高潜在的应用价值，而且世界的范围以内对该膜已经有着广泛的研究，但是现在可以实现工业化的应用非常少。亲水膜又可以称优先透水膜，活性分离层是由含有一定的亲水性基团高分子的材料制作而成的，其具有一定的亲水性。现在已经有一些学者开始研究亲水性膜在甲肼、不对称二甲肼以及火箭燃料肼脱水的过程当中应用。亲有机物膜又可以称为优先透有机物膜，通常由溶解度参数小、低表面能以及低极性的聚合物（如聚苯醚、纤维素衍生物、含氟聚合物、有机硅聚合物、聚丙烯以及聚乙烯等材料）制成。
4 渗透汽化在石油化工中的应用
4.1 有机混合物的分离
石油化工当中有着大量的有机混合物需要进行分离，而且还有相当一部分的有机混合物是同分异构物、近沸点以及恒沸物，用普通的精馏方法很难分离或者是不能分离。萃取精馏或者是恒沸蒸馏需要加入一些第三组分，这样不但可以使分离的过程变得复杂化，设备的投资也会大大地增加，操作费用以及能耗也会上升，也不能避免第三组分的损失以及对产品的污染。用克拉伯龙方程法具有无污染、投资及操作费用省、能耗低、过程简单等优点。所以，有机混合物分离是克拉伯龙方程技术中节能潜力最大的应用，其代表性的烷烃与烯烃、芳烃与烷烃、醇与醚的分离。如果这些应用取得了突破性的进展，而且成功地运用于工业的生产，那么，许多的高能耗工艺就会被这个技术所取代或者是部分取代，在化学工业当中将产生举足轻重的影响。
4.2 废水的处理以及溶剂的回收
从废水当中除去少量的有机物，目的是解决环境的污染问题，可以处理掉污染物当中的醋酸乙酯、甲乙酮、丙酮、三氯乙烷、氯仿、酚、甲苯、苯等。使用有机膜可使少量有机物透过，可使水当中的有机物含量符合排放的標准，整个的过程能耗非常低，对于回收的有机水溶液当中含有的1%～5%的有机溶剂，其传统的方法就是萃取或者精馏，利用的传统的方法和渗透汽化的方法结合进行回收溶剂，总操作的费用是单纯精馏的1/2～2/3，整个的生产装置总投资比传统分离的方法节省了20%～60%。
4.3 混合溶剂以及有机溶剂的脱水
渗透汽化可以广泛用于胺类、酯类、醚类、酮类、醇类等有机水溶液的脱水，为这种有机溶剂的生产提供了新的经济有效的方法，特别适用于含少量水的氯、苯烃类化合物。这样的技术在有机水的溶液脱水的方面潜在市场非常大，值得一提的就是苯当中微量水的脱除，石油化工公司在生产聚苯乙烯以及苯酚的时候需将苯当中微量水脱除，苯酚以及聚苯乙烯的生产工艺为：
苯+乙烯→乙苯→苯乙烯→聚苯乙烯
苯+乙烯→异丙苯→过氧化氢异丙苯→苯酚+丙酮
在上述的两个反应当中，应该需要无水的AlCl3做催化剂，如果系统当中有水的存在，那么就会降低催化剂的活性，并且就会降低反应的转化率，进而加大催化剂的用量。与此同时，水和AlCl3的反应生成盐酸，也会引起设备的腐蚀。所以，一定要对原料苯进行脱水的处理，使之含有的水量低于0.005%（质量分数），现在的工艺采用的恒沸精馏，用苯作为恒沸剂，从精馏的塔顶部蒸出苯水共沸混合物，进而达到了脱水目的，因为苯当中的水含量非常低，塔顶的切割分量也非常少，回流也就比较大，也就接近了全回流，所以能耗比较大，而且苯当中水的含量常常高于0.005%（质量分数），在压力800帕，温度70摄氏度的渗透汽化工况之下，采用改性聚乙烯醇复合膜，就可以将苯当中的水量从质量分数为0.06%降到0.003%以下。
5 结束语
综上所述，渗透汽化膜分离的技术作为一种新型的膜分离技术，能耗低，对用一般的分离技术较难进行分离的恒沸点、近沸点的混合物等有较好的分离效果，所以应用非常广泛。国内的浙江大学以及清华大学等对渗透汽化膜分离技术的研究比较多并且取得了不少的成果。总而言之，渗透汽化膜分离技术就是一种高效的分离技术，通过与其它的分离技术集成以及本身的工艺改进，其应用的前景将会更加地广阔。
参考文献
[1] 杨凯，陈建林，李启良等. 渗透汽化膜分离技术在环保中的应用[J]. 环境科技与技术，2011，27（05）：25～27.
[2] 陈欢林，周志军，刘荣娥. 连续渗透汽化工程工艺设计与优化[J]. 化学工程，2011，26（5）：18～20.